KR920003771B1 - 전기 투석조용 가스켓 구조물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기 투석조용 가스켓 구조물

제 1 도는 본 발명에 따른 가스켓 구조물이 사용되는 전기 투석조의 부분 절단 개략 수직 측면도.

제 2 도는 음이온 교환막과 양이온 교환막 그리고 스페이서를 구비한 가스켓 구조물의 배열 방식을 나타내는 개략도인데, 이들은 제 1 도의 전기 투석조의 스텍을 구성하고, 전기 투석원리 및 가스켓 구조물의 기능을 설명한다.

제 3 도는 본 발명에 따른 가스켓 구조물의 한 형태에 사용되는 가스켓 프레임의 한 예에 대한 평면도.

제 4 도는 측부에 다수의 관통구멍(conduit apertures)과 리세스들로 구성된 제 3 도에 나타난 가스켓 프레임의 평면도.

제 5 도는 제 4 도의 가스켓 프레임내에 삽입된, 그리고 가스켓 프레임의 측부의 리세스내에 삽입된 스레이서 일부에 구멍이 있는, 스페이서 전체에 대한 평면도.

제 6 도는 제 5 도의 스페이서 주변부에 스페이서 형상을 따라 설치된 열가소성 탄성 중합체에 대한 평면도.

제 7 도는 실시예 1에서 제조된 바와 같이, 제 4 도의 가스켓 프레임, 제 5 도의 스페이서, 그리고 열가소성 탄성 중합체 연결재로 구성되고 띠형 열가소성 탄성 중합체를 부착하여 열압착시켜 만든 가스켓 구조물의 평면도.

제 8 도는, 비교 실시예 1에서 제조된 바와 같이, 네트 스페이서와 프레임 사이의 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 난 빈틈이 가황처리된 고무로 채워진 가스켓 구조물의 한 비교 실시예에 대한 평면도.

제 9 도는, 비교 실시예 2에서 제조된 바와 같이, 네트 스페이서와 프레임 사이의 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 난 빈틈이 에폭시 접착제로 부분적으로 채워진 가스켓 구조물의 다른 한 비교 실시예에 대한 평면도.

제 10 도는, 실시예 4에서 제조된 바와 같이, 제 4 도의 가스켓 프레임과 제 5 도의 스페이서로 구성되고 네트 스페이서와 프레임 사이의 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 난 빈틈이 열가소성 탄성 중합체로 부분적으로 채워진 가스켓 구조물에 대한 평면도.

제 1 도-제 12 도에서 일부 또는 부분 같은 것들은 수치 또는 문자로 표시된다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 양극 프레임 2 : 피이딩 프레임

3 : 고정 프레임 4 : 스텍

5 : 음극 프레임 6a : 고정 프레스부

6b : 가동 프레스부 7 : 음이온 교환막

8 : 양이온 교환막 9, 10 : 가스켓 구조물

11, 11' : 스페이서 12 : 가스켓 프레임

12a : 측부 리세스 12b : 중앙 개구부

13 : 관통 구멍 14 : 중앙부

15 : 돌출부 16 : 구멍

18a : 열가소성 탄성 중합체 연결체 18b : 가황 고무 연결재

18c : 접착부

본 발명은 전기 투석조에 사용되는 가스켓 구조물에 관한 것으로, 특히, 구조물이 프레임, 그리고 네트 스페이서와 프레임 사이의 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 빈틈을 가지고서 프레임내에 설치된 네트 스페이서로 구성되고, 상기 빈틈은 네트 스페이서의 바깥둘레와 프레임에 내부 바깥둘레를 가교하는 열가소성 탄성 중합체 연결재로 전부 또는 일부 채워지고, 그러므로써 프레임과 네트 스페이서 사이에 결합재를 제공하는 것에 관한 것이다. 열가소성 탄성 중합체 연결재로 인해 가스켓 프레임과 스페이서는 가교부분에서 변형되지 않을 뿐아니라 가교부분 또한 균일한 두께를 가지게 된다. 상술한 가스켓 구조물이 전기 투석조에 사용되어 음이온 및 양이온 교환막과 공동으로 희석 및 농축 구간을 형성할 때, 상기 전기 투석조는 종래의 가스켓을 사용한 전기 투석조에서의 죄는 압력(fastening pressure)과 비교하여 비교적 낮은 죄는 압력에서도 액체가 누설되지 않는다. 더우기 이온 교환막들이 가스켓 프레임과 스페이서 사이의 가교부분에서 파괴되지 않기 때문에 본 가스켓 구조물을 사용한 전기 투석조는 오랜기간 동안 우수한 전기 투석을 실행할 수 있다.

현재까지는 다수의 양이온 교환막 및 음이온 교환막들이 한쌍의 전극들 사이에서 고정 상태로 가스켓을 매개로 하여 번갈아 가면서 배열된 필터 압력형 전기 투석조가 전해질 농축, 탈염 등의 목적을 위하여 널리 사용되어 왔었다. 이런 형태의 전기 투석조에서 전기 투석을 실시하는데는 오랜 기간 동안 효율적인 전기 투석을 보증하기 위하여 전기 투석되는 액체가 양이온 교환막, 음이온 교환막 그리고 가스켓 프레임에 의해 형성된 구간내에 균일하게 분포될 필요가 있다. 전기 투석되는 액체가 상술한 균일한 분포를 이루기 위해서는, 일반적으로 네트 스페이서가 가스켓 프레임내에 설치된다.

스페이서가 안정된 위치를 견지하도록 네트 스페이서와 가스켓 프레임 사이에 어떤 결합재를 설치하여 전기 투석될 액체가 균일한 흐름을 유지하고, 가스켓 프레임 내에 단순 삽입될 경우에 형성되는 가스켓 프레임과 스페이서 사이의 간극내로 양이온 및 음이온 교환막이 미끌려 들어가는 것을 방지하고, 그리고 전기 투석조의 능률적 분해 및 제조립을 보증하기 위한 여러가지 제안들이 제시되어 왔었다. 이와 같은 제안들에 관해서는 일본국 특허 출원 공개 명세서 번호 52-38483/1977, 57-171404/1982, 58-112006/1983 및 61-21703/1986 그리고 일본국 실용신안 출원 공개 명세서 번호 49-99842/1974 그리고 57-165206/1982에 언급되어 있다.

최근에는, 전기 투석 조각에서 에너지 절감이 중요한 목적이다. 전기 투석조에 구비된 양이온 및 음이온 교환막과 네트 스페이서의 두께를 줄이므로써 에너지를 절감하는 노력이 경주되어 왔었다. 그러나 그와 같은 문제는 이하의 문제에 직면하게 된다.

즉, 일본국 실용신안 출원 공개 명세서 번호 49-99842/1974 및 57-165206/1982 그리고 일본국 특허 출원 공개 명세서 번호 61-21703/1986에서 공개된 바와 같이, 어떤 결합체가 에폭시 접착제, 고무 접착제 또는 용융 접착제와 같은 접착제에 의해 가스켓 프레임과 스페이서 사이에 설치될때, 접착제를 경화 또는 응고시키는데 오랜 시간이 걸려 불리할 뿐만 아니라, 경화 또는 응고된 접착제가 보통 단단하기 때문에, 경화 또는 응고된 접착제와 접촉하는 얇은 이온 교환막의 일부분들이 전기 투석조를 죌시에 파괴되기 쉬우며, 이로인해 전기 투석조 안팎으로 액체가 누설될 가능성이 있다.

일본국 실용신안 출원 공개 명세서 번호 57-165206/1982와 49-99842/1974에서 공개된 바와 같이 용융결합에 의해 결합재가 가스켓 프레임과 스페이서 사이에 설치될 때도 유사한 문제들이 발생한다. 즉, 응고, 용융 결합된 부분들의 단단함 및 불규칙적인 표면에 기인한 이온 교환막의 파괴 및 액체의 누설이 발생한다.

일본국 특허출원 공개 명세서 번호 52-38483/1977은 가황 고무층을 통해 프레임에 결합된 가스켓 프레임과 스페이서로 구성된 가스켓 구조물을 공개한다. 더우기, 일본국 특허 출원 공개 명세서 번호 57-171404/1982 및 58-112006/1983은 가황 고무 시이트로 제조된 가스켓 프레임과 네트 스페이서로 구성된 가스켓 구조물을 공개하고 있는데, 이들 가스켓 프레임과 네트 스페이서는 고무 접착가황 생성물층과 가황 고무층으로 이루어진 이중층을 통해 서로 결합되어 있다. 이들 가스켓 구조물들을 제조하는데는 먼저 미가황 고무를 붙이고 거기에다 열을 가해 가황 처리되도록 한다. 가황 처리 온도는 보통 약 150℃ 정도로 높다. 이와 같은 가황 처리 온도는 스페이서의 변형을 유발할 우려가 있기 때문에 좋지 못하다. 왜냐하면 스페이서는 보통 저온에서 변형될 수 있는 0.2-1.0mm 두께면의 네트로 된 폴리올레핀으로 구성되어 있기 때문이다. 이와 같이 변형된 스페이서로는 양이온 교환막과 음이온 교환막 그리고 가스켓 프레임에 의해 형성된 구간내에서 전기 투석될 액체가 원하는 균일한 분포를 이룰 수 없다.

그러므로 종래 기술에 있었던 문제들이 발생함이 없이 네트 스페이서와 가스켓 프레임 사이에 어떤 결합재가 설치되는 가스켓 구조물을 위한 기술이 강하게 요청되어 왔다.

본 발명가들은 종래 기술의 상술된 문제점들을 해결하기 위해 광범위하고 집중적인 연구를 해왔었다. 그결과 가스켓 구조물에서 합성 수지로 된 네트 스페이서가 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레사이의 빈틈을 메우는 열가소성 탄성 중합체 연결재에 의해 천연 또는 합성고무 혹은 합성수지로 된 가스켓 프레임에 결합되면, 가스켓 프레임과 스페이서는 가교부분에서 변형되지 않을 뿐아니라 또한 가교부분은 균일한 두께를 가진다는 사실을 예기치 않게 발견했다. 또한 상술한 가스켓 구조물이 전기 투석조에 사용되어 양이온 및 음이온 교환막과 공동으로 희석 및 농축구간을 형성할 때, 상기 전기 투석조는 종래의 가스켓을 사용한 전기 투석조에서의 죄는 압력과 비교하여 비교적 낮은 죄는 압력에서도 액체가 누설되지 않는다는 사실을 발견했다. 더우기 가스켓 프레임과 스페이서 사이의 가교부분에서 이온 교환막들이 파괴되지 않기 때문에 본 가스켓 구조물을 사용한 전기 투석조는 오랜 기간 동안 우수한 전기 투석을 실행할 수 있었다.

그러므로 본 발명의 제1목적은 전기 투석조내에 새로운 가스켓 구조물을 설치하여, 이 가스켓 구조물은 가스켓 프레임과 열가소성 탄성 중합체 연결재에 의해 상기 프레임에 결합된 네트 스페이서로 구성되어 있는데, 가스켓 프레임과 스페이서가 가교부분에서 변형되지 않을 뿐아니라 가교부분이 일정한 두께를 갖도록 하는데 있다.

본 발명의 제2목적은 전기 투석조내에 새로운 가스켓을 설치하여 종래의 가스켓을 사용한 전기 투석조에서는 죄는 압력과 비교하여 비교적 낮은 죄는 압력에서도 액체가 누설되지 않도록 하고, 가스켓 프레임과 스페이서의 가교부분에서 이온 교환막이 파괴되지 않도록 하는데 있다.

본 발명의 제3목적은 전기 투석조내에 새로운 가스켓을 설치하여 오랜 기간 동안 우수한 전기 투석을 실행할 수 있는데 있다.

본 발명의 상술된 목적 및 이와 다른 목적, 특성, 이점들은 도면을 참조하여 이하 상세한 설명 및 청구범위에서 명료하게 된다.

본 발명에 따라서, 다수의 번갈아 설치된 양이온 및 음이온 교환막을 포함한 전기 투석조에 이들 교환막들 사이에 가스켓 구조물들을 배치한다.

상기 가스켓 구조물은 천연 또는 합성고무 혹은 합성수지로 만든 프레임을 포함하는데 이 프레임은 프레임의 내부 외면내에 중앙 개구부와 측부 리세스들과, 인접 가스켓 구조물의 리세스들과 관통하기 위한 측부관통 구멍들이 있다. 상기 측부 리세스들은 중앙 개구부쪽으로 나 있는데 이들 리세스들은 인접 가스켓 구조물의 관통 구멍과 관통한다. 측부 리세스들은 전기 투석될 액체를 중앙 개구부에 공급하며 전기 투석된 액체를 중앙 개구부로부터 방출하는 역할을 한다. 가스켓 구조물은 또한 네트 스페이서를 가지는데 이는 합성 수지로 만들어져 있고 프레임내의 중앙 개구부 또는 중앙 개구부와 측부 리세스 둘다에 설치된다. 그리고 네트 스페이서와 프레임 사이에 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 빈틈이 형성되어 있다. 본 발명인 가스켓 구조물은 상기 빈틈이 네트 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레 사이의 빈틈을 가교하여 네트 스페이서와 프레임 사이에 결합재를 공급하는 열가소성 탄성 중합체 연결재로 전부 또는 일부 채워지는 것을 특징으로 하고 있다.

제 1 도를 참조하면, 도면 부호 1은 내부에 양극(도시안되어 있음)과 피이딩 프레임(도시안되어 있음)을 갖는 양극 프레임을 표시하고, 도면 부호 5는 내부에 음극(도시안되어 있음)과 피이딩 프레임(도시안되어 있음)을 갖는 음극 프레임을 표시한다. 양극 프레임과 음극 프레임 사이에는 다수의 스텍(4)들이 있는데 각각은 한쌍의 고정 프레임(3)에 의해 조여있다. 고정 프레임(3)과 피이딩 프레임(2)을 통해 양극 프레임(1)과 음극 프레임(5) 사이에 설치된 상기 스텍(4)들은 양극 프레임(1)과 음극 프레임(5)의 외단부에 가각 위치한 고정 프레스부(6a)와 기동 프레스부(6b)에 의해 조여져 있다. 보통 희석류(diluting stream)(예를 들어, 바다물)는 양극 프레임(1)의 피이딩 프레임의 하단부(도시안되어 있음)을 통해 좌측 스텍(4)내로 유입되어 스텍(4)에서 전기 투석되고 난 뒤 피이딩 프레임(2)의 상단부로부터 방출된다. 그리고 또 다른 희석류(예를 들어, 바다물)은 피이딩 프레임(2)의 하단부를 통해 우측 스텍(4)내로 유입되어 스텍(4)에서 전기 투석되고 난 뒤 음극 프레임(5)의 피이딩 프레임(도시안되어 있음)의 상단부로부터 방출된다. 반면에, 농축류(예를 들어, 바다물)는 피이딩 프레임(2)의 하단부를 통해 좌측 스텍(4)내로 유입되어 스텍(4)에서 전기 투석되고 난 뒤 양극 프레임(1)의 피이딩 프레임(도시안되어 있음)의 상단부로부터 방출된다. 그리고 또 다른 농축류(예를들어, 바다물)는 음극 프레임(5)의 피이딩 프레임(도시안되어 있음)의 하단부를 통해 우측 스텍(4)내로 유입되어 스텍(4)에서 전기 투석되고 난 뒤 피이딩 프레임(2)의 상단부로부터 방출된다. 상기 농축류는 순환된다.

제 2 도에서 나타난 바와 같이, 스텍(4)은 교대로 설치된 다수의 음이온 교환막(7) 및 양이온 교환막(8) 그리고 스페이서들(11,11')을 각각 갖고서 상기 막들 사이에 끼워진 가스켓 구조물들(9,10)을 포함한다. 제 2 도에서 부분적으로 나타난 바와 같이, 스텍(4)은 음이온 교환막(7)과 양이온 교환막(8)에 의해 분활된 교대하는 다수의 희석구간 및 농축구간들로 구성되어 있다. 두개의 서로 인접한 막(즉, 음이온 교환막과 양이온 교환막)사이에는 스페이서를 가진 가스켓 구조물이 설치된다. 전기 투석될 액체(농축 및 희석류)는 피이딩 프레임(2) 그리고 양극 프레임(1)과 음극 프레임(5)내의 피이딩 프레임들(도시안되어 있음)내에 구비된 삽입구(도시안되어 있음)와 관통하는 관통구를 통해서 스텍내의 구간에 공급된다. 전기 투석된 액체는 피이딩 프레임(2) 그리고 양극 프레임(1)과 음극 프레임(5)내의 피이딩 프레임들(도시안되어 있음)내에 구비된 배출구와 관통하는 관통구를 통해서 방출된다. 제 2 도에서, 상기 희석류는 스텍(4)을 통해 화살표(D)방향(실선)으로 흐르고, 상기 농축류는 스텍(4)을 통해 화살표(C)방향(파선)으로 흐른다.

제 3 도-제 7 도에서는, 본 발명의 한 실시예가 나타나 있다.

제 3 도를 참조하여 설명하면, 여기서는 가황 고무시이트에서 절단한 4개의 스트립으로 구성된 초기 가스켓 프레임을 나타내고 있는데, 4개의 스트립중 상대적으로 폭이 넓은 두개의 스트립은 대면하는 제1 및 제2면을 구성하고 나머지 상대적으로 폭이 좁은 스트립은 대면하는 제3 및 제4면을 구성한다. 그리고 상기 4개의 스트립은 점선으로 표시된 부분에서 접착제 같은 것에 의해 고정 접합되어 있다.

제 4 도는 상기 초기 가스켓 프레임으로부터 제조된 가스켓 프레임(12)을 나타내고 있는데, 인접 가스켓 구조물의 리세스와 관통하는 다수의 측부 관통 구멍(13)과, 중앙 개구부(12b)쪽으로 향하고 상기 인접 가스켓 구조물의 관통 구멍들과 관통하는 다수의 측부 리세스(12a)가-이 측부 리세스들은 전기 투석될 액체를 상기 중앙 개구부에 공급하고 전기 투석된 액체를 상기 중앙 개구부로부터 방출하는 수단으로 제공되어 있다-프레임의 대면하는 제1 및 제2면에 형성되어 있다. 본 발명에 있어서, 중앙 개구부(12b)는 최소한 0.1㎡의 면적을 가지는게 좋다.

제 5 도는 제 4 도에 나타난 가스켓 프레임내에 삽입될 네트 스페이서의 평면도이다. 도면 부호 15는 제 4 도에 나타난 측부 리세스(12a)내에 삽입될 네트 스페이서의 돌출부를 표시한다. 중앙부분(14)은 제 4 도에 나타난 프레임의 중앙 개구부(12b)내에 삽입될 네트 스페이서의 일부이다. 상기 다수의 돌출부(15)에는 인접 프레임내의 관통 구멍(13)과 관통하는 구멍(16)이 있다. 네트 스페이서의 돌출부(15) 각각은 중앙 개구부(12b)와 통하는 통로를 이룬다.

가스켓 프레임(12)과, 중앙부분(14) 및 다수의 돌출부분(15)으로 구성된 네트 스페이서는 네트 스페이서가 중앙 개구부(12b)와 측부 리세스(12a)로 된 프레임내로 삽입될 때 네트 스페이서와 프레임 사이에서 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 어떤 빈틈이 형성되는 그러한 어떤 치수 관계가 있다. 상기 빈틈은 보통 0.5-5mm의 범위내에 있는데 1-2mm가 좋다.

제 6 도는 상기 빈틈을 채우기 위해 제 5 도의 네트 스페이서의 바깥둘레에 놓여질 어떤 형태를 지닌 열가소성 탄성 중합체의 한 형태를 나타낸다. 상기 열가소성 탄성 중합체는 네트 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레를 가교하는 열가소성 탄성 중합체 연결재로서 제공된다. 상기 어떤 형태를 지닌 열가소성 탄성 중합체는, 이것의 외부벽이 제 4 도의 가스켓 프레임의 내부 바깥둘레와 일치하고 내부 모서리가 최소한 일 메시 선 정도 제 5 도의 스페이서의 바깥둘레면과 겹쳐지는 형태를 갖도록, 열가소성 탄성 중합체 시이트에서 찍어낸다. 열가소성 탄성 중합체는 반드시 제 6 도에 나타난 형태로 될 필요는 없다. 스트립 또는 띠형 열가소성 탄성 중합체는 네트 스페이서의 전 바깥둘레의 빈틈을 채울 정도로 적당한 길이의 스트립 혹은 띠로 절단된다.

제 7 도는 제 5 도의 스페이서가 열가소성 탄성 중합체 연결재(18a)를 매개로 제 4 도의 가스켓 프레임에 결합된 가스켓 구조물을 나타내는데, 이것은 제 5 도의 네트 스페이서의 전 바깥둘레의 빈틈내에 제 6 도의 열가소성 탄성 중합체를 삽입하여 그 탄성 중합체에 열압착을 가하므로써 얻어진다.

이하 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명에서 사용될 가스켓 프레임 재료의 종류는 중요하지 않으며 공지 기술에서 알려져 여러가지 재료들이 사용될 수 있다. 그와 같은 재료로서는, 예를들어 천연고무 또는 합성고무로 만든 가황고무와, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-에틸아크릴 혼성 중합체 및 에틸렌-비닐 아세트산염 혼성 중합체와 같은 합성수지가 있다. 보통 가스켓 프레임의 두께는 0.2-2mm이다. 가스켓 프레임은 일본 공업표준(JS) K 6301에서 규정된 방법에 따라서 20℃에서 측정해서 30-90℃의 A경도를 가지는 것이 좋다.

본 발명에 사용되는 가스켓 프레임은 서로 대면하는 제1과 제2측부 그리고 서로 대면하는 제3과 제4측부가 있는데, 상기 대면하는 제1과 제2측부 및/또는 상기 대면하는 제3과 제4측부는 측부 리세스와 측부 관통 구멍을 가지고 있다.

서로 대면하는 제1과 제2측부 그리고 서로 대면하는 제3과 제4측부로 구성된 상기 가스켓 프레임은 상기 고무 또는 수지 시이트를 직접 찍어내므로써 제조된다. 다른 방법으로는, 먼저 시이트에서 4개의 스트립을 잘라내고-이중 2개는 상대적으로 폭이 넓어 서로 대면하는 제1과 제2측부가 되고 나머지 다른 2개는 상대적으로 폭이 좁아 서로 대면하는 제3과 제4측부로 된다-그 다음 접착제 같은 것을 사용해서 제 3 도에서 점선으로 표시된 부분에 4개의 스트립을 고정 접합시킨다. 접착제로는 고무접착제가 보통 사용된다.

본 발명에 있어서, 네트 스페이서는 프레임의 중앙 개구부 또는 중앙 개구부와 측부 리세스내에 설치되는데 이때 네트 스페이서와 프레임 사이에 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 빈틈이 생기게 된다. 종래의 전기 투석조에서 보통 사용된 네트 스페이서는 특별한 제한없이 본 발명에 사용될 수 있다. 예를 들어, 격자무늬 네트, 경사격자무늬 네트, 벌집무늬 네트, 그리고 씨날직(weft gauze weave)이 사용될 수 있다. 이들 중 경사진 격자무늬로 된 네트 스페이서가 가장 좋다. 네트 스페이서의 재료로는 합성 수지가 있는데, 적당한 합성수지로는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 같은 폴리올레핀계와, 폴리염화비닐, 그리고 폴리염화비닐리덴이 있다. 이들 중 폴리올레핀계가 좋다. 경도에 관해서는, 20℃에서 ASTM D 785에 따라서 측정하여 50-100°의 로크웰 R스케일 경도를 가진 재료가 좋다. 만일 50°이하의 크로웰 R스케일 경도를 재료로 만든 네트 스페이서가 사용되면 이 네트 스페이서는 쉽게 변형되고 따라서 전기 투석될 액체의 분포가 희석 및 농축 구간에서 균일하게 되지 못한다. 반면에, 100°이상의 로크웰 R스케일 경도를 가진 재료로 만든 네트 스페이서가 사용되면 이온 교환 막내에 기공(pinhole)등이 생기기 쉽다. 네트 스페이서는 보통 0.2-2mm의 두께를 가지고 있다.

프레임의 측부 리세스에 배치되는 네트 스페이서 일부(즉 제 5 도의 도면부호 15)와 프레임의 중앙 개구부에 배치되는 네트 스페이서의 중앙부분(즉 제 5 도의 도면부호 14)은 서로 일체되어 또는 분리되어 형성될 수 있다. 그러나 제조와 조작의 편의를 고려하여 스페이서 부분 둘다 일체되어 형성되는 것이 좋다.

여기서 사용된 "열가소성 탄성 중합체"라는 용어는 연질 부분 및 경질 부분으로 구성된 중합체인데 연질부분은 실내온도에서, 고무질 상태에 있고 경질 부분은 실내온도에서 유리 또는 결정상태에 있다. 상기 구조를 가진 이와 같은 열가소성 탄성 중합체는 연질 부분의 성질에 의해 종래의 가황고무의 고무탄성과 비슷한 고무탄성을 가질 뿐 아니라 경질 부분의 성질에 의해 소성 변형에 대한 우수한 저항을 갖게 된다. 더우기 상기 열가소성 탄성 중합체는 종래의 플라스틱과 비슷한 우수한 유동성 및 소성을 가지며 따라서 뛰어난 가공성을 갖게 된다.

열가소성 탄성 중합체는 낮은 연화점을 가지며 종래의 열압축 온도에서 극히 높은 유동성을 나타내기 때문에, 본 발명인 가스켓 구조물을 제조할 때 열압축동안 탄성 중합체의 흐름에 의해 발생된 응력은 극히 작다. 더우기 열가소성 탄성 중합체는 종래의 고무를 처리하는데 필요한 온도 및 압력 보다 더 낮은 온도 및 압력에서 처리될 수 있다. 따라서 열가소성 탄성 중합체를 사용하므로써, 결합재가 설치되는 가교부분 주위의 프레임 및 스페이서가 변형됨이 없이, 프레임 및 스페이서 사이에 두께가 아주 균일한 결합재가 설치되게 된다. 가교부분의 두께가 균일하고 프레임 및 스페이서가 변형되지 않기 때문에, 본 발명인 가스켓 프레임이 전기 투석조에 사용될 때 전기 투석될 또는 전기 투석된 액체는 누설되지 않으며 고정 압력이 종래의 전기 투석조를 고정하는 압력에 비해 상대적으로 낮을 때에도 이온 교환막들이 프레임과 스페이서 사이의 가교부분과 접촉하는 부분에서 이온 교환막들이 파괴됨이 없이 오랜 기간 동안 안정되고 우수한 전기 투석능률을 발휘할 수 있다.

더우기 가스켓 프레임 재료의 경도와 같거나 낮은 강도를 가진 열가소성 탄성 중합체 연결재를 사용하므로써 전기 투석조의 고정압력이 더욱 감소될 때에도 액체 누설은 효과적으로 방지될 수 있다. 고정압력이 더욱 감소되면 이온 교환막들이 파괴될 염려는 따라서 더욱 감소한다. 이점으로부터, 열가소성 탄성 중합체 연결재는 일본 공업 표준 K 6301에 규정된 방법에 따라서 20℃에서 측정하여 30-95°의 A경도를 갖는 것이 좋다.

열가소성 연결재로 사용될 열가소성 탄성 중합체의 종류는 특별히 한정된 것은 아니고 상업적으로 유용한 열가소성 탄성 중합체도 사용될 수 있다. 적당한 열가소성 탄성 중합체의 대표적인 예로서는 폴리스티렌 열가소성 탄성 중합체, 폴리올레핀 열가소성 탄성 중합체, 폴리우레탄 열가소성 탄성 중합체 그리고 1,2-폴리부타디엔 열가소성 탄성 중합체를 들 수 있다. 열가소성 탄성 중합체 연결재는 가스켓 프레임 재료와 잘 양립할 수 있는(compatibility) 것이면 좋다. 따라서 열가소성 탄성 중합체에 연결재는 프레임 재료에 따라서 적절한 것으로 선택하는 것이 좋다. 예를 들어, 프레임 재료로서 천연고무 또는 스티렌-부타디엔 혼성 중합체로 된 합성고무가 사용될 때는 탄성 중합체 연결재와 프레임 사이의 결합강도를 고려하여 폴리스티렌으로 된 열가소성 탄성 중합체 연결재를 사용하는 것이 좋다. 이 경우에 열가소성 탄성 중합체 연결재는 연질 부분에는 스티렌-부타디엔이 경질 부분에는 스티렌으로 구성된 것이 더욱 좋다.

열가소성 탄성 중합체는 열 압착될 때 우수한 유동성을 가져서 폴리 염화비닐, 폴리 염화비닐리덴, 폴리에틸렌 그리고 폴리프로필렌과 같은 열에 의해 변형이 잘 되지 않는 합성 수지로 만든 네트 스페이서에 가스켓 프레임을 결합시킨다. 열가소성 탄성 중합체의 유동성은 측정된 유동을-예를 들어 50kgf/㎠의 부하와 150℃의 온도에서 지름 1mm 길이 5mm의 구멍을 가진 시마즈(Shimadzu) 유동성 테스터모델 CFT-500(일본국 시마즈 코포레이션에 의해 제조 판매된)으로 측정하여-에 의해 평가된다. 스페이서가 열가소성 탄성 중합체 연결재에 의해 가스켓 프레임에 연결되는 모서리 부분 주위에서 스페이서가 변형되는 것을 방지하기 위해서는 상기 조건에서 측정된 열가소성 탄성 중합체의 유동율이 약 1×10^-3㎤/sec 이상이 되는 것이 좋다. 열가소성 탄성 중합체의 유동을 상한치는 특별한 제한이 없다. 그러나 보통 유동율의 상한치는 약 100×10^-3㎤/sec이다.

네트 스페이서가 열가소성 탄성 중합체 연결재 사이의 결합은 네트 스페이서의 모서리 부분을 열가소성 탄성 중합체 연결재내에 끼워 넣으므로써 달성된다.

이하 본 발명인 전기 투석조용 가스켓 구조물의 제조 방법을 설명한다.

가스켓 프레임과 네트 스페이서 사이에 결합재를 설치하기 위해서는 네트 스페이서는 가스켓 프레임내에 삽입될 때 약 0.5-5mm, 바람직하기로는, 1-2mm의 빈틈이 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레 사이에 형성되도록 하는 크기를 가지는 것이 좋다. 상기 크기를 가진 네트 스페이서는 가스켓 프레임내에 삽입된다.

열가소성 탄성 중합체는 먼저 시이트에 주형을 뜬다. 상기 시이트는 가스켓 프레임 두께의 90-130% 바람직하기로는 100-115% 범위인 것이 좋다. 다음에 적당한 크기를 가진 스트립으로 시이트를 자르는데 폭 5mm 길이 1000mm인 것이 적당하다.

스트립형 열가소성 탄성 중합체는 네트 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레 사이의 빈틈을 덮도록 배치되는데 이때 열가소성 탄성 중합체 스트립의 한 길이변 모서리 부분은 네트 스페이서의 대응하는 모서리 부분과 겹치고 열가소성 탄성 중합체 스트립의 나머지 다른 길이변 모서리는-최소한 이들 중 한 부분에서-가스켓 프레임의 대응하는 내부 바깥둘레에 접합한다. 열가소성 탄성 중합체 스트립은 결합재를 형성하기 위해 열가소성 탄성 중합체가 열압축될 때 네트 스페이서의 대응하는 바깥둘레중 최소한 일 메쉬 라인이 열가소성 탄성 중합체내에 끼워지는 정도로 네트 스페이서에 겹쳐지는 것이 좋다. 반면에 열가소성 탄성 중합체 스트립의 측변 모서리와 가스켓 프레임의 대응 내부 바깥둘레 사이의 접합에 관해서는 그 사이의 결합 강도를 증가시킨다는 점에서 보아 스트립의 상기 나머지 다른 길이변 모서리 부분의 측벽 표면적의 최소한 일부분이-바람직하기로는 20%-가스켓 프레임의 내부 바깥둘레와 접합하는 것이 좋다. 이와같은 접합은 손가락으로 스트립의 바깥둘레 부분을 누르므로써 이루어질 수 있다.

상기 스트립형 열가소성 탄성 중합체 대신에 제 6 도에 나타난 형태를 가진 열가소성 탄성 중합체가 사용될 수 있다. 상기 형태를 가진 열가소성 탄성 중합체는 상기 형태를 가진 탄성 중합체의 외부벽이 가스켓 프레임의 내부 바깥둘레와 일치하고 내부 벽은 스페이서의 바깥둘레부분과 최소한 일 메쉬라인 정도 겹치는 형태로 열가소성 탄성 중합체 시이트에서 찍어낼 수 있다.

그 다음 상술한 방식대로 배열된 프레임, 네트 스페이서 그리고 열가소성 탄성 중합체는 스트립형 또는 스페이서 형태의 열가소성 탄성 중합체에 의해 형성된 면적보다 더 큰 열압착면적을 가진 열압착기에 의해 열압착되어 본 발명인 가스켓 구조물의 일실시예를 얻게 된다. 열압착시의 온도에 관해서는 사용된 열가소성 탄성 중합체의 연화점 보다는 높으나 스페이서가 열에 의해 찌그러지는 온도보다는 낮은 온도가 좋다. 열압착 온도는 보통 70-170℃이나 100-150℃인 것이 바람직하다.

열압착시의 압력은 스페이서의 재료 및 형상은 물론 열가소성 탄성 중합체의 유동율에 따라 다르다. 보통 프레임과 스페이서가 서로 연결되는 부분에서의 압력은 0.5-10kg/㎠이며 2~5kg/㎠가 바람직하다. 이와 같은 압력은 프레임과 스페이서 사이의 가교부분에서의 두께를 일정하게 하며 스페이서가 프레임에 연결되는 스페이서 바깥둘레 주변에서 스페이서가 찌그러지는 것을 방지한다.

열압착 시간은 열 압착에 의해 연화되어 스페이서의 메쉬내로는 물론 네트 스페이서와 프레임 사이의 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 난 빈틈내로 흘러들어가는 열가소성 탄성 중합체의 양에 영향을 준다. 상기 빈틈내로 흘러 들어가는 열가소성 탄성 중합체의 양과 균일성이 프레임과 스페이서 사이의 결합 강도에 뚜렷하게 영향을 미치기 때문에 열압착시간은 엄격히 조절된다. 열 압착 시간은 보통 수초 내지 수분이다. 상기 시간이 너무 길면 즉 수분 이상이면 스페이서는 열에 의해 찌그러지기 쉽다.

원한다면, 프레임의 내부 바깥둘레와 열가소성 탄성 중합체 연결재 사이의 결합강도를 높이기 위해서 열가소성 탄성 중합체가 상기 빈틈에 설치되기 전에 적당한 하도(primer coating)를 할 수 있다. 하도재료로서 하도제 UR(일본국 No Tape 공업 주식회사에 의해 제조 판매된)과 같은 상업적으로 유용한 하도제가 사용될 수 있다.

열가소성 탄성 중합체 연결재로된 결합재는 네트 스페이서와 프레임 사이의 네트 스페이서의 바깥둘레를 따라 난 빈 틈이 상기 탄성 중합체 연결재로 전부 또는 부분적으로 채워지도록 설치된다. 가스켓 프레임을 분해 및 재조립 그리고 세척할 시에 미치는 외력에 대한 저항을 고려해 볼때 빈 틈의 전 길이의 최소한 약 20%가 상기 탄성 중합체 연결재로 채워져서 이 탄성 중합체 연결재가 적당한 간격으로 배열된 여러 부분에서 네트 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레를 가교하도록 하는 것이 좋다. 실제로는 빈 틈이 전부가 탄성중합체 연결재로 채워지는 것이 매우 좋다.

열가소성 탄성 중합체 연결재에 의해 형성된 프레임과 스페이서 사이의 가교부분의 두께는 프레임 두께의 90-110% 바람직하게는 95-105%인 것이 좋다.

상술한 것으로부터 분명하듯이 본 발명인 가스켓 구조물은 프레임과, 네트 스페이서와 프레임 사이에 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 빈틈을 가지고 프레임내에 설치된 네트 스페이서로 구성되어 있는데 상기 빈틈이 네트 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레를 가교하는 열가소성 탄성 중합체 연결재로 전부 또는 일부 채워져 따라서 프레임과 네트 스페이서 사이에 결합재가 제공되는 것을 특징으로 하고 있다. 열가소성 탄성 중합체 연결재에 의해 가스켓 프레임과 스페이서는 이들의 가교부분에서 변형되지 않을 뿐 아니라 가교부분들은 균일한 두께를 갖게 된다. 상기 가스켓 구조물이 전기투석조에 사용되어 양이온 및 음이온 교환막과 공동으로 희석 및 농축 구간을 형성할때, 상기 전기 투석조는 종래의 가스켓을 사용한 전기 투석조에서의 죄는 압력과 비교하여 비교적 낮은 죄는 압력에서도 액체가 누설되지 않고 가스켓 프레임과 스페이서 사이의 가교부분에서 이온 교환막이 파괴되지 않으며 따라서 오랜 기간 동안 우수한 전기 투석을 실행할 수 있다.

본 발명을 이하의 실시예와 비교 실시예를 참조하여 설명한다. 그러나 이것은 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 일반적으로 다수의 스텍이 전기 투석조내에 구비되지만 설명의 편의를 위해 한개의 스텍을 구비한 전기 투석조가 이하의 실시예 각각에 사용된다.

[실시예 1]

일본국 공업 표준 A경도가 80°(일본국 공업표준 K 6301에 따라 측정)이고 두께가 0.5mm인 합성 스티렌-부타디엔 고무 솔프렌

1204로 만든 가황 시이트를 절단하여 두개의 다른 크기 즉 폭 30mm 길이 698mm의 스트립과 폭 67mm 길이 356mm의 스트립을 똑같은 수로 여러개를 만들었다. 스트립들은 제 3 도처럼 배열하여 제 5 도에서 점선에 의해 표시된 부분에서 고무 기재 접착제(Three Bond 152, Three Bond 주식회사 제조판매)로 고정시켜 그림처럼 가스켓 프레임을 만들었다. 이 가스켓 프레임의 마주보는 제1변(하변면) 및 제2변(상변)은 각각 폭 67mm 길이 356mm인 스트립으로 구성되고, 마주보는 제3변(좌변) 및 제4변(우변)은 각각 폭 30mm 길이 698mm인 스트립으로 구성되어 있다. 가스켓 프레임에서 중앙 개구부의 면적은 20.6d㎡이다.

그 다음 제 4 도에서 나타난 대로 지름이 22mm인 4개의 구멍(13)과 가로 세로 각각 39mm인 3개의 사각형 구멍(12a)이 가스켓 프레임의 제1변(하변)에 형성되어 있다. 그리고 상기 제1변의 폭은 제3 및 제4변의 폭보다 더 크다. 또한 지름 22mm인 3개의 구멍(13)과 가로 세로 각각 39mm인 4개의 사각형 구멍(12a)은 가스켓 프레임의 제2변(상변)에도 형성되어 있는데 상기 제2변의 폭 또한 제3 및 제4변의 폭보다 더 크다. 이들 구멍(13)과 사각형 구멍(12a)들은 서로 교대하는 상호 인접한 구멍(13)과 사각형 구멍(12a)사이의 간격이 똑같도록 배열되었고 프레임 제1변의 구멍들은 프레임 제2변의 사각형 구멍과 마주보게끔 배열되었다.

프레임의 사각형 구멍과 중앙 개구부 사이에 든 제1 및 제2변의 각 부분들은 사각형 구멍의 크기와 똑같은 크기로 절단되어 측부 리세스를 형성한다. 따라서 제 4 도의 가스켓 프레임(1)을 얻었다. 이것은 가스켓 프레임 본체(12), 측부 관통구멍(13), 측부 리세스(12a) 그리고 중앙 개구부(12b)로 구성되어 있다.

제 5 도에 나타난 네트 스페이서는 폴리프로필렌으로 만든 두께 0.52mm인 경사 격자 무늬네트로 제조되었는데 한 방향에서의 메쉬 피치는 5mm이고 이 방향을 가로지르는 방향에서의 메쉬 피치는 3mm이며 ASTM D 785에 따라 측정된 로크웰 R 스케일 경도는 90°이다. 네트 스페이서는 가스켓 프레임 내부에 삽입될때 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레 사이에 1mm의 빈틈이 생길 정도의 크기로 갖는다. 지름 22mm인 구멍(16)이 제 5 도에 나타난 바와 같이 네트 스페이서에 있는 7개의 돌출부 각각에 형성되어 있는데 네트 스페이서가 가스켓 프레임의 전 내부 바깥둘레를 따라 1mm의 빈틈을 남겨두고 가스켓 프레임내로 삽입될때 네트 스페이서에 있는 돌출부(15)내에 형성된 구멍(16)은 가스켓 프레임의 측부 관통 구멍(13)과 일직선상에 있게 된다. 이렇게 제조된 네트 스페이서가 가스켓 프레임의 전 내부 바깥둘레를 따라 1mm의 빈 틈을 남겨두고 가스켓 프레임의 내부로 삽입되었다.

1,2-폴리부타디엔 열가소성 탄성 중합체 입자(JSR RB 830, 일본국 합성 고무 주식회사 제조 판매) 들은 가열롤에 의해 캘린더 가공을 받아 두께 0.55mm의 시이트로 제조되었다. 이 시이트는 띠형으로 절단했다. 상기 띠는 폭이 5mm이고 A경도는 70°(일본국 공업 표준 K 6301에 따라 측정)이다. 용융 유동 특성을 나타내는 지수인 열가소성 탄성 중합체의 유동율은 지름 1mm 길이 5mm인 구멍을 가진 유동성 테스터 모델 CFT-500(일본국 시마즈 코포레이션 제조판매)을 가지고 50kgf/㎠의 부하하에서 150℃에서 측정하여 55.1×10^-3㎤/sec이다.

폭이 5mm인 열가소성 탄성 중합체 띠는 스페이서와 프레임 사이의 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 난 빈틈을 전부 덮도록 설치되었는데 이때 열가소성 탄성 중합체 띠의 한 길이 변 모서리 부분은 네트 스페이서의 대응하는 모서리 부분에 겹쳐지고 (띠의 겹쳐진 변 모서리 부분의 폭은 4mm임) 열가소성 탄성 중합체 띠의 나머지 다른 한 길이변 모서리는 가스켓 프레임의 대응하는 내부 바깥둘레와 그 전 길이에 걸쳐 접합한다. 그 다음 2분 동안 110℃ 3kg/㎠의 압력하에서 열가소성 탄성 중합체를 열압착하게 되면 열가소성 탄성 중합체가 빈 틈을 완전히 채우고 네트 스페이서의 바깥 둘레부분이 열가소성 탄성 중합체 띠내에 끼워지게 된다. 결과적으로 네트 스페이서와 프레임 사이에 결합재가 설치되게 된 것이다. 각각 7개의 측부 리세스(액체 통과 부분의 폭 : 26mm)를 구비하고 두께는 0.5mm이고 19.6d㎡의 유효 유속 흐름 면적을 갖는 전기 투석조용 가스켓 구조물을 300개 제조하기 위해 대체로 상술된 과정과 같은 과장을 반복했다. 이렇게 얻어진 가스켓 구조물들은 열가소성 탄성 중합체가 결합재로 쓰여지기 위해 사용되는 프레임과 스페이서 사이의 가교부분에서 0.512mm의 평균 두께를 갖게 된다. 가스켓 구조물의 평면도가 제 7 도에 나타나 있다. 제 7 도에서 도면 부호 12는 가황고무로 만든 가스켓 프레임을, 도면 부호 14와 15는 각각 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 가스켓 프레임에 결합되는 네트 스페이서의 중앙부와 돌출부를 나타낸다. 도면 부호 13은 인접 가스켓 구조물의 리세스와 관통하는 측부 관통구멍을 나타낸다. 도면 부호 16은 인접 가스켓 구조물의 관통구멍과 관통하는 리세스의 구멍을 나타낸다. 도면부호 18a는 열가소성 탄성 중합체 연결재가 네트 스페이서의 바깥둘레와 프레임의 내부 바깥둘레를 가교하는 가교부를 나타낸다.

300개의 가스켓 구조물은 양이온 교환막, 음이온 교환막 그리고 그 중간에 든 가스켓 구조물에 의해 형성되어 교대로 배열된 희석 및 농축구간을 갖는 전기 투석조에서 사용했다. 300개의 가스켓 구조물 중 150개의 가스켓 구조물은 희석구간을 형성하기 위한 가스켓 구조물로 사용했는데 이 가스켓 구조물들은 유효 유속 흐름 영역에 전기 투석될 액체를 공급하는 3개의 통과구와 전기 투석된 액체를 방출하는 4개의 통과구를 갖고 있었다. 나머지 150개의 가스켓 구조물들은 농축 구간을 형성하기 위한 가스켓 구조물로 사용되는데 이 가스켓 구조물들은 유효 유속 흐름 영역에 액체를 공급하는 4개의 통과구와 액체를 방출하기 위한 3개의 통과구를 갖고 있었다. 이온 교환막으로서 150장의 ACIPLEX

K-182(일본국 아사히 가세이 고오교 가부시끼가이샤에 의해 제조 판매된 양이온 교환막의 상표)시이트와 150장의 ACIPLEX

A-182(일본국 아사히 가세이 고오교 가부시끼가이샤에 의해 제조 판매된 음이온 교환막의 상표)시이트가 이하에서 기술된 전기투석실험용으로 사용되었다. 제 2 도에서 처럼 음이온 교환막, 양이노 교환막 그리고 가스켓 구조물들은 희석 및 농축구간을 형성하도록 교대로 배열되어 스텍내에서 조립되며 상기 스텍은 한쌍의 고정 프레임에 의해 먼저 조여졌다. 스텍을 조립하는데 드는 시간은 2명의 근로자가 해서 8시간이었다. 먼저 조여진 스텍은 필터 압력형 전기 투석조의 한쌍의 전극사이에 설치되어 수압 프레스에 의해 다시 조여졌다.

천연 바다물(약 2.5중량%의 염화나트륨을 포함)은 농축 및 희석 구간에 각각 0.5cm/sec와 5cm/sec의 직선 속도로 공급되었다. 전기 투석조의 구간으로부터 외부로 바다물이 누설되는 것(이후로 간단히 외부 누설로 명명함)이 관찰되었기 때문에 스텍은 외부누설이 관찰되지 않았을때까지 수압 프레스로 다시 죄었다. 외부 누설이 발생하지 않기 위한 유효 유속 흐름 영역의 ㎠당 고정압력(이후로 간단히 고정압력으로 명명함)은 1.0kg/㎠-게이지이었다.

다음에 희석구간에서 농축구간으로 누설되는 바다물의 양이(이후로 간단히 내부누설로 명명함)다음과 같이 측정되었다. 즉 희석구간내로 공급된 바다물(희석류)의 직선속도는 5cm/sec에서 0.2cm/sec로 감소했다. 그리고 농축 구간내로의 바다물(농축류)공급은 중단되었다. 농축 구간내부의 바다물은 배수되었고 0.2cm/sec로 희석구간 내로의 바다물 공급은 한 시간 동안 계속되었다. 한 시간 동안 희석구간에서 농축구간으로 누설된 바다물의 부피는 종래의 용적계를 사용하여 측정했다. 상기 내부누설은 1.0ml/min 구간임이 밝혀졌다.

그후 희석구간내로 공급된 바다물의 직선속도는 0.2cm/sec에서 5cm/sec로 복귀되었고 농축구간내로의 바다물 공급은 0.5cm/sec의 직선속도로 다시 개시되었다. 바다물의 전기 투석은 전류전압을 가해 79암페어의 전류에서 10일동안 계속되었다. 10일후 염화나트륨의 평균 농도(이후로 간단히 염화나트륨 농도로 명명함)는 농축구간에 있는 바다물에 대해서 203g/ℓ 이었다.

전기 투석조를 분해했을때 가스켓 프레임과 네트 스페이서 사이의 가교부(이후로 간단히 프레임-스페이서 가교부로 명명함)에서 파괴가 일어나지 않았음을 물론 이온 교환막이 변형되지 않았음이 관찰되었다.

더욱기 전기 투석조의 재조립, 10일간의 전기 투석 그 다음 전기 투석조의 분해를 연속적으로 4번 반복 실시했다. 그 결과는 표 1에 나타나 있다.

[표 1]

전부 50일 동안의 작업 후에 전기 투석조를 분해했을 때, 프레임-스페이서 가교부는 파괴되지 않았으며 스페이서도 변형되지 않았음이 관찰되었다. 더우기 이온 교환막에도 찌그러짐, 파괴 그리고 기공이 발생하지 않았다.

[실시예 2]

가스켓 구조물을 제조하기 위해 대체로 실시예 1에서와 같은 과정이 반복되었으나 0.5mm두께의 가스켓 구조물을 제조하기 위해 0.5mm 두께의 에틸렌-에틸렌 아크릴(EEA) 혼성 중합체 수지(일본국 닛뽕 우니카르 주식회사에 의해 제조 판매된 WN-930)를 사용한다는 점이 달랐다. 이 가스켓 구조물에는 7개의 측부 리세스(액체 통과부의 폭은 26mm)가 구비되며, 프레임-스페이서 가교부에서의 평균 두께는 0.525mm이고 유효유속 흐름면적은 19.6d㎡이다. 이렇게 얻어진 전기 투석조용 가스켓 구조물은 제 7 도에 나타나 있다.

전기 투석조용 가스켓 구조물 300개를 제조하기 위해 대체로 상술한 과정과 같은 과정이 반복되었다.

전기 투석조는 상기 가스켓 구조물과 실시예 1에서 사용된 것과 같은 종류 및 수의 이온 교환막을 사용하여 실시예 1에서와 대체로 같은 방식으로 조립되었다. 전기 투석조를 조립하는데 걸리는 시간은 2명의 근로자가 해서 8시간이었다.

고정 압력 및 내부 누설을 측정하기 위해 대체로 실시예 1에서와 같은 과정이 반복되었다. 결론적으로 고정압력과 내부 누설은 각각 1.4kg/㎠-게이지 및 1.4ml/min/구간으로 측정되었다. 바다물의 전기 투석은 실시예 1과 같은 조건하에서 10일동안 실시되었다. 결과는 198g/ℓ의 평균 염화 나트륨 농도가 측정되었다.

전기 투석조를 분해하였을 때 프레임-스페이서 가교부에서 파괴가 일어나지 않았음은 물론 이온 교환막과 스페이서가 변형되지 않았음이 확인되었다.

[실시예 3]

가스켓 구조물을 제조하기 위해 대체로 실시예 1에서와 같은 과정이 반복되었으나 가스켓 프레임과 네트 스페이서 사이에 결합재를 공급하기 위해, 연질 부분에는 부타디엔으로 경질부분에는 스티렌으로 구성된 폴리스티렌 열가소성 탄성 중합체를 1,2-폴리부타디엔형 열가소성 탄성 중합체를 대신하여 사용한다는 점이 달랐다. 열가소성 탄성 중합체는 60°의 A경도(일본 공업 표준 K 6301에서 규정된 방법에 따라 측정)와 5.2×10^-3㎤/sec의 용융 유동성(실시예 1에서와 같은 방법으로 측정)을 갖고 있었다. 프레임-스페이서 가교부의 평균두께는 0.52mm였다.

전기투석조용 가스켓 300개를 제조하기 위해 대체로 상술한 과정과 동일한 과정이 반복되었다.

전기 투석조는 상기 제조된 가스켓 구조물과 실시예 1에서 사용된 이온 교환막과 같은 종류 및 수의 이온 교환막을 사용하여 실시예 1에서와 같은 방식으로 조립되었다. 전기 투석조를 조립하는데 걸리는 시간은 2명의 노동자로 해서 8시간 걸렸다.

고정 압력 및 내부 누설을 측정하기 위해 실시예 1에서와 대체로 같은 과정에 반복되었다. 결론적으로 고정압력과 내부 누설은 각각 1.3kg/㎠-게이지와 1.2ml/min/구간으로 측정되었다. 바다물의 전기 투석은 실시예 1과 같은 조건하에서 10일 동안 실시되었다. 그 결과 202g/ℓ의 평균 염화 나트륨 농도가 측정되었다.

전기 투석조를 분해했을 때 프레임-스페이서가 가교부에서 파괴가 일어나지 않았음은 물론 이온 교환막과 스페이서가 변형되지 않았음이 확인되었다.

[비교 실시예 1]

대체로 실시예 1에서와 같은 과정이 반복되었으나 가스켓 프레임과 네트 스페이서 사이의 결합재 재료를 미가황 스티렌-부타디엔 합성고무(일본국 닛뽕 탄성중합체 K.K에 의해 제조되고 일본국 아사히가세이고오교에 의해 판매된 솔프렌

)로 바꾸어 300개의 가스켓을 만든다는 점에서 다르다.

가스켓과 네트 스페이서 사이에 결합재를 설치하는 방법은 이하에 기술되었다.

미가황 고무 중량 대비 1중량% 정도의 티오람형 가황 촉진제를 미가황 고무에 가했다. 산출된 가황 촉진제 함유 미가황 고무는 0.5mm두께의 시이트를 제조하기 위해 압연 가공되었다. 시이트는 5mm폭의 띠로 절단되었다.

그 다음 미가황 고무 기재 접착제를 -이것은 상기에서 얻은 미가황 고무를 메틸에틸케톤에 용해시켜 산출했다. -가스켓 프레임의 전 내부 바깥둘레에 발랐다. 그런 다음 상기에서 산출된 폭 5mm의 미가황 고무띠를 스페이서와 프레임사이의 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 난 빈틈을 완전히 덮도록 배치했다. 이때 고무띠의 한 길이변 모서리 부분은 네트 스페이서의 대응하는 모서리 부분에 겹치고 고무띠의 나머지 다른 한 길이변 모서리는 가스켓 프레임의 대응하는 내부 바깥둘레와 그 전 길이에 걸쳐 접합했다. 그런 다음 미가황 고무부분과 접착제를 5kg/㎠의 압력하에서 5분 동안 150℃에서 열압착시키면 미가황 고무는 가황처리되고 네트 스페이서의 바깥둘레부분은 가황 고무띠내에 끼워져서 가스켓 프레임과 네트 스페이서 사이에 결합재가 설치되었다.

전기 투석조용 가스켓 300개를 제조하기 위해 대체로 상술된 과정과 같은 과정이 반복되었다. 이 가스켓들에는 각각 7개의 측부 리세스(액체통과 부분의 폭 ; 26mm)가 구비되어 있고 유효 연속흐름 면적은 19.6d㎡이었다. 300개의 가스켓 구조물에 대해서 가황고무를 사용하여 제조된 가교부의 평균 두께는 0.55mm였다. 300개의 가스켓 구조물중 8개의 가스켓 구조물에서 10가지 변형 즉 스페이서 줄의 돌출 및 스페이서와 가스켓 프레임의 표면에서 가황 고무의 가시(burr)들이 발견되었다. 이렇게 구성된 가스켓 구조물이 제 8 도에 나타나 있다.

제 8 도에서 도면부호 12는 가황고무시이트로 제조된 가스켓 프레임을 표시하고, 도면 부호 14는 가스켓 프레임의 중앙 개구부내에 설치된 스페이서 중앙부에 표시하고, 도면 부호 15는 측부 리세스내에 설치된 네트 스페이서의 일부를 표시한다. 도면 부호 13은 측부 관통구멍을, 도면부호 16은 측부 리세스내에 설치된 그 부분에서의 네트 스페이서 구멍을 표시한다. 도면부호 18b는 가황고무 연결재를 표시한다.

전기 투석조는 상기에서 제조된 가스켓 구조물과 실시예 1에서 사용된 것과 같은 종류 및 수의 이온 교환막을 사용하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 조립했다. 다음 고정 압력 및 내부 누설은 대체로 실시예 1에서와 같은 방법으로 측정했는데 각각 1.8kg/㎠-게이지 및 2ml/min/구간이 측정되었다.

바다물을 공급하여 실시예 1에서와 대체로 같은 방식 같은 조건으로 직류 전류 전압을 가해 10일동안 계속해서 작동을 시켰다. 평균 염화 나트륨 농도는 191g/ℓ 이었다.

그런 후에 전기 투석조를 분해했다. 가스켓 구조물의 제조후에 발견되었던 스페이서의 돌출줄 및 가황 고무가시와 접촉한 이온 교환막의 일부분에서 균열이 발견되었다. 또한 균열부분 주위에서 막이 부풀어 있었음이 발견되었다.

전기투석조를 조립하여 10일 동안 가동한 후 다시 분해하는 일련의 고정압력 및 내부누설 그리고 염화나트륨 농도를 측정했다. 그 결과는 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

5번째 10일 동안의 가동을 완료한 후에 전기 투석조를 분해해본 결과 가스켓 구조물의 제조후에 발견되었던 스페이서의 돌출줄 및 가황 고무가시와 접촉한 이온교환막의일부분에서 많은 균열이 발견되었다. 또한 4개의 이온 교환 막에서 기공이 발견되었다. 그리고 균열부분 주위에서 이온 교환막이 조금 부풀어 있었다. 수평면에 놓인 각막에 대해서 측정해서 각 막들의 부분 부분의 높이는 약 0.1mm에서 0.2mm였다.

[비교 실시예 2]

제 9 도에 나타난 바와 같이 실시예 1에서 사용된 것과 같은 네트 스페이서를 실시예 1에서 사용된 것과 같은 가스켓 프레임내에 삽입했는데 이때 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 스페이서와 가스켓 프레임의 내부 바깥둘레 사이에 1mm의 빈틈이 있다.

그런 후에 가스켓 프레임과 스페이서 사이에 9군데의 접착부(제 9 도에서 도면부호 18c)를 설치하고 에폭시형 접착제(ARALDITE STANDARD

: 스위스 연방 Ciba Geigy 주식회사 제조 판매)를 사용하여 스페이서를 가스켓 프레임에 결합시켰다. 각 접착부(18c)의 지름은 약 15mm였다.

300개의 전기 투석조용 가스켓 구조물을 제조하기 위해 대체로 상술된 과정과 같은 과정이 반복되었다.

제조된 각 가스켓 집착부(18c)의 평균두께는 0.6mm였다. 각 가스켓 접착부(18c)의 두께는 최소 0.51mm에서 최대 0.72mm까지 넓게 분포되어 있었다.

전기 투석조는 상기에서 제조된 가스켓 구조물과 실시예 1에서 사용했던 것과 같은 종류 및 수의 이온 교환막을 사용하여 실시예 1에서 대체로 같은 방법으로 조립했다. 고정압력 및 내부누설을 측정하기 위해 대체로 실시예 1과 같은 과정이 반복되었다. 그 결과 고정압력과 내부누설은 각각 2kg/㎠-게이지좌 5ml/min/구간으로 측정되었다. 내부 누설의 양이 상기와 같이 컸기 때문에 전기 투석조를 분해하여 내부 누설의 양이 많은 이유를 조사해 보았다. 그 결과 에폭시 수지로 만든 접착부에 접촉된 이온 교환막의 일부분에서 많은 균열과 기공들이 발견되었다.

[실시예 4]

300개의 가스켓 구조물을 제조하기 위해 대체로 실시예 1에서와 같은 과정이 반복되었는데 다만 제 10 도에서 처럼 열가소성 탄성 중합체 연결재가 네트 스페이서 부분의 바깥둘레를 따라 단지 측부 리세스내에 형성된 부분에서만 설치되었다. 프레임과 네트 스페이서의 가교부 평균 두께는 0.510mm였다.

제 10 도에서 도면 부호 12는 가황고무로 만든 가스켓 프레임을, 도면부호 13은 측부 관통구멍을, 도면부호 16은 구멍을, 도면부호 15는 측부 리세스내에 형성된 네트 스페이서의 일부분을, 도면부호 14는 중앙 개구 부내에 형성된 네트 스페이서의 중앙부를, 그리고 도면부호 18a는 열가소성 탄성 중합체를 표시한다.

전기 투석조는 상기에서 제조된 가스켓 구조물과 실시예 1에서 사용했던 것과 같은 종류 및 수의 이온 교환막을 사용하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 조립했다. 전기 투석조를 조립하는데 걸리는 시간은 2명의 근로자가 해서 8시간이었다.

고정압력 및 내부 누설을 측정하기 위하여 대체로 실시예 1에서와 같은 과정이 반복되었다. 그 결과 고정압력과 내부 누설은 각각 1.3kg/㎠-게이지와 1.5ml/min/구간이었다. 바다물의 전기 투석은 실시예 1에서와 같은 조건으로 10일 동안 실시하였다. 그 결과 평균 염화 나트륨 농도는 197g/ℓ 이었다.

전기 투석조를 분해했을 때 프레임-스페이서 가교부에 파괴가 발생하지 않았음은 물론 이온 교환막과 스페이서에 변형이 일어나지 않았음이 확인되었다.

Claims (7)

1. 다수의 교대로 배열된 양이온 및 음이온 교환막과 이들 사이에 개재된 가스켓 구조물을 포함한 전기 투석조에 있어서, 천연 또는 합성 고무 혹은 합성수지로 제조되고, 프레임의 내부 바깥부분내에 중앙 개구부와 측부 리세스를 형성하고, 그리고 측부 관통구멍을 가지고, 상기 측부 리세스는 상기 중앙 개구부와 대면하고, 상기 측부 리세스는 전기 투석될 액체를 공급하고 그리고 전기 투석된 액체를 상기 개구부로부터 방출하는 수단으로 제공되는 프레임과, 합성 수지로 제조되고, 상기 프레임내에 설치되어상기 중앙 개구부내 또는 상기 중앙 개구부와 상기 측부 리세스내에 위치하여 상기 네트 스페이서와 상기 프레임 사이의 상기 네트 스페이서의 전 바깥둘레를 따라 빈틈이 생기게 하고, 그리고 상기 빈틈이 상기 네트 스페이서의 바깥둘레와 상기 프레임의 내부 바깥둘레를 가교하는 열가소성 탄성 중합체 연결재로 전부 또는 일부 채워져서 상기 네트 스페이서와 상기 프레임 사이에 결합재를 제공하는 것을 특징으로 하는 네트 스페이서를 포함하는 전기 투석조용 가스켓 구조물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 탄성 중합체가 연결재가 일본 공업 표준 K 6301에서 규정한 방법에 따라 측정하여 30°~95°의 A경도를 가지는 것을 특징으로 하는 가스켓 구조물.
3. 제 1 항에 있어서, 스페이서를 구성하는 상기 합성수지가 폴리올레핀인 것을 특징으로 하는 가스켓 구조물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임이 서로 대면하는 제1 및 제2변과 서로 대면하는 제3 및 제4변으로 구성되고, 상기 대면하는 제1변 및 제2변 및/또는 상기 대면하는 제3변 및 제4변이 상기 측부 리세스 및 상기 측부 관통 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 가스켓 구조물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 네트 스페이서가 상기 중앙 개구부 및 상기 측부 리세스내에 위치하고, 상기 측부 리세스내에 위치한 상기 네트 스페이서의 각 부분이 구멍을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스켓 구조물.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 탄성중합체 연결재가 폴리스티렌 열가소성 탄성중합체, 폴리올레핀 열가소성 탄성 중합체, 폴리에스터 열가소성 탄성 중합체, 폴리우레탄 열가소성 탄성 중합체 그리고 1,2-포릴부타디엔 열가소성 탄성 중합체 중에서 최소한 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스켓 구조물.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 네트 스페이서의 모서리 부분이 상기 열가소성 탄성 중합체 연결재내에 끼워지는 것을 특징으로 하는 가스켓 구조물.

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